Потенциальная энергия

Потенциальная энергия – часть энергии физической системы, возникающей благодаря взаимодействию между телами, которые составляют систему, и с внешними по этой системы телами, и обусловлена расположением тел в пространстве. Вместе с кинетической энергией, которая учитывает не только положение тел в пространстве, но и движение, потенциальная энергия составляет механическую энергию физического сиcтемы.
Потенциальная энергия материальной точки определяется как работа по ее перемещения из точки пространства, для которой определяется потенциальная энергия в какую заданную точку, потенциальная энергия которой принимается нулевым. Потенциальная энергия определяется только для поля консервативных сил.
Потенциальная энергия в основном обозначается буквами U или V.
Зависимость потенциальной энергии материальной точки от пространственных координат образует скалярное поле .
Сила, действующая на частицу в поле , Определяется, как



Полная энергия материальной точки является суммой потенциальной и кинетической энергий. Для физического системы, сладаеться из многих тел полная энергия является суммой потенциальных и кинетических энергий ее составляющих, однако при этом ни взаимодействие не должна учитываться дважды:

,

где K i – кинетическая энергия i-того тела системы, V i j – потенциальная энергия j-го тела благодаря взаимодействию с i-тым.
Физические силы, которые позволяют внедрить потенциальную энергию называются потенциальными силами.
Значение потенциальной Энегрия целом определено с точностью до некоторой постоянной, одновременно разность значений потенциальной энергии частицы в разных положениях – однозначная величина. Поэтому основном уровень потенциальной энергии в какой-то определенной точке или при каком-то определенном положении выбирается по нулевой, а для других точек или положений системы потенциальная энергия отсчитывается от этого уровня. Например, в случае взаимодействия двух частиц можно выбрать по нулевой уровень потенциальной Энегрия в том случае, когда частицы разнесены на бесконечно далекую расстояние и не взаимодействуют между собой. При таком выборе уровня отсчета потенциальная энергия частиц, которые привлекаются, отрицательная, а потенциальная энергия частиц, отталкиваются, положительная.
Потенциальная энергия тела массой m, поднятого над поверхностью земли на высоту h дается формулой

U = m g h,

где g – ускорение свободного падения.
Потенциальная энергия упругой деформации тонкого стержня или пружины

,

где k – коэффициент жесткости, x – абсолютное удлинение.
Потенциальная энергия тела массой m в поле гравитации другого тела массой M при расстоянии r между ними дается формулой

,

где G – гравитационная постоянная.
Потенциальная энергия заряда q 1 в электростатическом поле заряда q 2 при расстоянии r между ними равен в системе СГСЭ

.